專利名稱：放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放電燈，更詳細(xì)地說(shuō)涉及一種在放電容器內(nèi)封入水銀、Ar為主要成分的稀有氣體以及溴的放電燈。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，投影用照明或者圖象顯示器廣泛普及，它們的光源多采用高壓放電燈。
另外在液晶投影儀中，靠近點(diǎn)光源，定向控制就容易，所以光源采用短弧型放電燈，而所涉及的放電燈則要求亮度高。
然而，在高亮度的放電燈中，由于點(diǎn)亮(點(diǎn)燈)時(shí)電極的溫度非常高，存在著早期產(chǎn)生放電容器的失透、黑化、經(jīng)長(zhǎng)期使用，則不能得到高的照度維持系數(shù)。
而且，以往，作為抑制和防止放電燈的放電容器的失透、黑化的措施，提出在放電容器內(nèi)導(dǎo)入一定比例的鹵素的方法(參照專利文獻(xiàn)1)、把放電燈在輝光放電時(shí)的氫、氧及其化合物的發(fā)光光譜最大強(qiáng)度對(duì)稀有氣體主要發(fā)光光譜強(qiáng)度的比值控制在特定值以下(參照專利文獻(xiàn)2)。
另外，最近為了保持長(zhǎng)時(shí)間的高照明度，提出一種方法，通過(guò)控制放電燈輝光放電時(shí)OH發(fā)出的波長(zhǎng)305nm光譜強(qiáng)度對(duì)水銀發(fā)出的波長(zhǎng)404.7nm的光譜強(qiáng)度的比值大于特定值，這樣從電極濺射的金屬物質(zhì)與存在于放電容器中的氧及鹵素反應(yīng)形成金屬化合物，再堆積到電極上，有效的進(jìn)行鹵素循環(huán)。
可是，這種放電燈存在以下問(wèn)題在構(gòu)成放電容器的石英玻璃管和電極中，溶有碳和氫或者吸附在表面上，另外，石英玻璃管和電極暴露于放電燈制造工序的氣氛中，在該石英玻璃管和電極上吸附著有機(jī)物、水分，其結(jié)果就是，制得的放電燈的放電容器內(nèi)混入了雜質(zhì)碳和氫。而且碳和氫若進(jìn)入放電容器內(nèi)，在該容器內(nèi)和氧反應(yīng)，生成CO、CO2、H2O等，不能順暢地發(fā)揮鹵素循環(huán)的功能，則得不到長(zhǎng)期的高照度維持系數(shù)。
另外，在短弧放電時(shí)的水銀光譜強(qiáng)度會(huì)由于放電燈的外部環(huán)境和放電形式等的不同而發(fā)生偏差，這對(duì)于高精度地控制光譜強(qiáng)度是很困難的。
專利文獻(xiàn)1特開(kāi)平11-297268號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開(kāi)平11-329350號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3特開(kāi)2000-75269號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是在上述事實(shí)的基礎(chǔ)上完成的，其目的在于提供一種在長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)亮的情況下仍具有高照度維持系數(shù)的放電燈。
本發(fā)明的放電燈是具有由石英玻璃制成的放電容器以及一對(duì)在該放電容器內(nèi)相對(duì)放置的電極組成，在該放電容器內(nèi)封入至少0.15mg/mm3以上的水銀、以Ar為主要成分的稀有氣體、2×10-4～7×10-3μmol/mm3的溴的放電燈。
這種放電燈的特征是在上述的電極之間提供5mA的直流電流，使之輝光放電的情況下，設(shè)Ar發(fā)出的波長(zhǎng)668nm的發(fā)光強(qiáng)度為a，OH發(fā)出的波長(zhǎng)309nm的發(fā)光強(qiáng)度為b，H發(fā)出的波長(zhǎng)656nm的發(fā)光強(qiáng)度為c，C2發(fā)出的波長(zhǎng)517nm的發(fā)光強(qiáng)度為d，CH發(fā)出的波長(zhǎng)431nm的發(fā)光強(qiáng)度為e時(shí)，滿足下述條件(1)～(4)。
條件(1)1.0×10-4≤b/a≤1.2×10-1條件(2)c/a≤1.4×10-1條件(3)d/a≤1.2×10-2條件(4)e/a≤1.4×10-2。
在本發(fā)明的放電燈中，放電容器內(nèi)的碳化合物濃度為600ppm以下為好。
作用依以上的結(jié)構(gòu)，可以滿足條件(1)～(4)，因而，在放電容器的放電空間內(nèi)，則存在適量的氧氣，而其他的雜質(zhì)很少，能順暢地發(fā)揮鹵素循環(huán)的功能，這樣就抑制了放電容器的黑化和失透，結(jié)果，即使在長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)亮的情況下，也可以得到高的照度維持系數(shù)。


圖1是用于說(shuō)明一例本發(fā)明放電燈結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖2是表示用于測(cè)定放電燈的發(fā)光強(qiáng)度a～e的分光測(cè)定裝置的梗概的說(shuō)明圖。
圖3是表示用于測(cè)定放電容器內(nèi)碳化合物濃度的氣體分析裝置的梗概的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式
以下詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的放電燈實(shí)施形態(tài)。
圖1是表示說(shuō)明本發(fā)明放電燈一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的剖面圖。該放電燈由直流電源驅(qū)動(dòng)。
圖1所示的放電燈1具有由石英玻璃構(gòu)成的放電容器10，該放電容器10是由包著放電空間S的橢圓球形發(fā)光管11和分別連接在該發(fā)光管11的兩端而形成的沿管軸方向向外延伸的直管狀密封管12、13組成的。
在放電容器10的放電空間S內(nèi)，鎢制的陰極14和陽(yáng)極15沿管軸方向相對(duì)放置。放電容器10的密封管12、13的各自內(nèi)部氣密封鉬制的金屬箔16、17。陰極14和陽(yáng)極15各自的根部與金屬箔16、17靠近發(fā)光管的一端，通過(guò)點(diǎn)焊等方法被固定，而電連接。
金屬箔16、17的另一端與沿著放電容器10的管軸方向延伸并從密封管12、13一端向外部突出的外部導(dǎo)電棒18、19，通過(guò)點(diǎn)焊等方法被固定，而電連接。
另外，在放電容器10的放電空間S內(nèi)，至少被封入水銀、以Ar為主要成分的稀有氣體和溴。
水銀的封入量為在0.15mg/mm3以上，這樣可以得到顯色性良好的放電燈1。
溴的封入量為在2×10-4～7×10-3μmol/mm3之間。如果溴的封入量超過(guò)2×10-4μmol/mm3，則從放電空間S放出的光的大部分短波長(zhǎng)紫外線被溴或溴化物吸收，這樣到達(dá)放電容器10管壁的短波長(zhǎng)紫外線的量就非常少，由此可以抑制放電容器10的白濁。另一方面，如果溴的封入量低于7×10-3μmol/mm3，就能夠抑制電極的變形及損耗的產(chǎn)生。
稀有氣體的封入壓強(qiáng)最好在3～20kPa，這樣可以得到輝光放電點(diǎn)亮?xí)rAr的發(fā)光強(qiáng)度變化小的放電燈。
另外，稀有氣體雖可以采用單一氣體Ar或者Ar和其他稀有氣體(Xe、Kr等)的混合氣體，但在采用混合氣體的時(shí)候，Ar的比例要在80％以上。
在放電燈1的陰極14和陽(yáng)極15之間提供5mA的直流電流，使之輝光放電時(shí)，設(shè)Ar發(fā)出的波長(zhǎng)668nm的發(fā)光強(qiáng)度為a，OH發(fā)出的波長(zhǎng)309nm的發(fā)光強(qiáng)度為b，H發(fā)出的波長(zhǎng)656nm的發(fā)光強(qiáng)度為c，C2發(fā)出的波長(zhǎng)517nm的發(fā)光強(qiáng)度為d，CH發(fā)出的波長(zhǎng)431nm的發(fā)光強(qiáng)度為e時(shí)，滿足下述條件(1)～(4)，條件(1)1.0×10-4≤b/a≤1.2×10-1條件(2)c/a≤1.4×10-1條件(3)d/a≤1.2×10-2條件(4)e/a≤1.4×10-2。
關(guān)于OH發(fā)出的309nm的發(fā)光光譜、C2發(fā)出的517nm的發(fā)光光譜以及CH發(fā)出的431nm的發(fā)光光譜，例如在R.W.B.pearse and A.G.Gaydon，“The identification of molecular spectra”，4th edition，Chapmanand Hall ltd.，London(1976)上有記載。
在上述情況下，當(dāng)b/a的比值不足1.0×10-4時(shí)，會(huì)因?yàn)檠鯕饬窟^(guò)少而不能有效地進(jìn)行鹵素循環(huán)，擔(dān)心照度維持系數(shù)降低。另一方面，當(dāng)b/a的比值超過(guò)1.2×10-1時(shí)，會(huì)因?yàn)檠鯕饬窟^(guò)多，鹵素循環(huán)過(guò)于活躍，在陰極14前端的電極物質(zhì)鎢堆積過(guò)多，縮短了陰極14和陽(yáng)極15之間的距離，造成燈電壓下降，因而有破壞點(diǎn)亮鎮(zhèn)流器的危險(xiǎn)。
當(dāng)c/a的比值超過(guò)1.4×10-1時(shí)，因?yàn)闀?huì)在放電容器10內(nèi)生成雜質(zhì)H2O，難以得到長(zhǎng)時(shí)間的高的照度維持系數(shù)。
當(dāng)d/a的比值超過(guò)1.2×10-2時(shí)，因?yàn)闀?huì)在放電容器10內(nèi)生成雜質(zhì)CO和CO2，難以得到長(zhǎng)時(shí)間的高的照度維持系數(shù)。
當(dāng)e/a的比值超過(guò)1.4×10-2時(shí)，因?yàn)闀?huì)在放電容器10內(nèi)生成雜質(zhì)CO和CO2和H2O，難以得到長(zhǎng)時(shí)間的高的照度維持系數(shù)。
此處，對(duì)放電燈發(fā)光強(qiáng)度a～e的測(cè)定采取以下裝置。
圖2是表示測(cè)定放電燈發(fā)光強(qiáng)度a～e的分光測(cè)定裝置的概略的說(shuō)明圖。圖中20是分光儀，具有衍射光柵21和使衍射光柵21旋轉(zhuǎn)的衍射光柵旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器22以及控制這個(gè)衍射光柵旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器22的控制結(jié)構(gòu)23。25是入射狹縫，30是檢測(cè)來(lái)自分光儀的光的CCD光檢測(cè)器，35是控制CCD光檢測(cè)器30的控制裝置。
入射狹縫的縫寬例如是50μm。分光儀20中的衍射光柵21的刻線數(shù)例如是1200線/mm，在波長(zhǎng)500nm的倒數(shù)分散則例如是1.5nm/mm。
采用上述測(cè)定裝置，按照以下的過(guò)程，測(cè)定了放電燈發(fā)光強(qiáng)度a～e。
首先，在放電燈1的陰極14和陽(yáng)極15之間提供5mA的直流電流使之輝光放電，來(lái)自放電燈1的光通過(guò)入射狹縫25進(jìn)入分光儀20，經(jīng)分光儀20的衍射光柵21分光后從分光儀20出射，然后由CCD光檢測(cè)器30進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)分光儀20的衍射光柵21，在控制裝置35上記錄來(lái)自分光儀20的光在分散方向的光強(qiáng)分布，也就是分光光譜。
上述的包含著分光儀20和CCD光檢測(cè)器30的整體測(cè)定裝置的波長(zhǎng)分辨能力隨所測(cè)光的波長(zhǎng)變動(dòng)，半值寬例如是0.05～0.08nm。
已知隨著放電燈的點(diǎn)燈時(shí)間的延長(zhǎng)，HgH的發(fā)光光譜強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱(參見(jiàn)Toshi Ji Kazui，Hiromitsu Ma suno and Mikiya YamaneJ.Light & Vis.Env.Vol.1 No.2，(1997)10)，同理，隨著放電燈的點(diǎn)亮?xí)r間的延長(zhǎng)，OH、C2、以及CH等的發(fā)光光譜強(qiáng)度也會(huì)減少。所以對(duì)放電燈1的發(fā)光強(qiáng)度a～e的測(cè)定，為了確保多次測(cè)定時(shí)的再現(xiàn)性，在開(kāi)始輝光放電后2秒時(shí)進(jìn)行測(cè)定為宜。另外，在多次測(cè)定的情況下，為了使進(jìn)行過(guò)一次輝光放電的放電燈復(fù)位，在額定條件點(diǎn)亮5分鐘后，用于測(cè)定為宜。
本發(fā)明的放電燈為了滿足條件(1)～(4)，需要控制放電容器10的放電空間S內(nèi)所存在的氧氣、氫以及碳的量。
具體的說(shuō)，為了把放電容器10的放電空間S內(nèi)所存在的氧氣控制在適當(dāng)?shù)牧?，通常把氧氣和水銀、以Ar為主要成分的稀有氣體和溴一起封入到放電容器10的放電空間S內(nèi)。
氧氣的封入量在滿足上述條件(1)的范圍內(nèi)，還要與Ar的量相適應(yīng)，Ar的量在0.1～1％為宜。
另外，把放電容器10的放電空間S內(nèi)存在的氫和碳的量控制為適宜的量，具體的說(shuō)，為了降低氫和碳的量，有必要對(duì)在放電容器形成材料和電極表面上所吸附或者溶于內(nèi)部的氫和碳進(jìn)行去除處理。一般，對(duì)用于形成放電容器10的放電溶器形成材料(石英玻璃管)進(jìn)行真空脫氣處理，同時(shí)對(duì)用于形成陰極14和陽(yáng)極15的電極材料進(jìn)行熱處理。
放電容器的形成材料的真空脫氣處理的條件，以處理壓強(qiáng)在1×10-4Pa以下壓強(qiáng)，處理溫度在1000～2000℃，處理時(shí)間在10小時(shí)以上為宜。
電極材料的熱處理?xiàng)l件，以處理壓強(qiáng)在1×10-4Pa以下，處理溫度在1000～2300℃，處理時(shí)間在10～60分鐘為宜。
本發(fā)明的放電燈的放電容器10內(nèi)的碳化合物的濃度在600ppm以下為宜.如果這個(gè)濃度超出了600ppm，不能滿足上述條件(3)～(4)，所以難以得到長(zhǎng)時(shí)間的高的照度維持系數(shù)。
放電容器10內(nèi)的碳化合物的濃度可以如下測(cè)定。
圖3是表示用于測(cè)定放電容器內(nèi)的碳化合物濃度的氣體分析裝置的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖。在圖中，40是用于破壞放電燈1的燈破壞箱、41是向燈破壞箱40內(nèi)導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)氣的標(biāo)準(zhǔn)氣導(dǎo)入口、42是直線導(dǎo)入機(jī)、43是微量流量調(diào)整閥，44是四極質(zhì)譜儀，45是旁通閥、46是渦輪分子泵、47是旋轉(zhuǎn)泵。
在這個(gè)分析裝置里，要事先生成用于求出碳化合物濃度的測(cè)量線，以此測(cè)量線為基礎(chǔ)，測(cè)定放電容器內(nèi)碳化合物的濃度。測(cè)量線可按照如下方法生成。首先，使用含有適宜濃度的碳化合物比如CH4、CO以及CO2的Ar氣調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)氣體。然后把標(biāo)準(zhǔn)氣從標(biāo)準(zhǔn)氣導(dǎo)入口導(dǎo)入到燈破壞箱40內(nèi)，通過(guò)微小流量調(diào)整閥，把所述標(biāo)準(zhǔn)氣體導(dǎo)入四極質(zhì)譜儀44，進(jìn)行質(zhì)量分析。這個(gè)操作可以采用含有不同濃度碳化合物的標(biāo)準(zhǔn)氣，例如用含有碳化合物濃度為100ppm、1000ppm、5000ppm的標(biāo)準(zhǔn)氣來(lái)進(jìn)行，就可以制成用于求出碳化合物濃度的測(cè)量線。
對(duì)于放電容器內(nèi)的碳濃度的測(cè)定方法的說(shuō)明，首先，將放電燈1放在燈破壞箱40內(nèi)，將燈破壞箱40內(nèi)的氣壓減到10-7Pa左右，然后由直線導(dǎo)入機(jī)42壓碎放電燈，再將放出來(lái)的氣體通過(guò)微小流量調(diào)整閥導(dǎo)入四極質(zhì)譜儀44，進(jìn)行質(zhì)量分析。從分析結(jié)果，用檢測(cè)線求出碳化合物的濃度。
若依本發(fā)明的放電燈1，可以滿足條件(1)～(4)，因而，在放電容器的放電空間內(nèi)存在適量的氧氣，而其他的雜質(zhì)很少，順暢發(fā)揮鹵素循環(huán)的功能，這樣就抑制了放電容器的黑化和失透，其結(jié)果，即使在長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)亮的情況下，也可以得到高的照度維持系數(shù)。
實(shí)施例以下是關(guān)于本發(fā)明的放電燈具體實(shí)施例子的說(shuō)明，但本發(fā)明并非僅限于此。
依照?qǐng)D1所示的結(jié)構(gòu)，制造了氧氣的封入量、放電容器的形成材料的真空脫氣條件和電極的熱處理?xiàng)l件各不相同的合計(jì)33種放電燈。
這些放電燈中的放電容器、電極、封入物以及電流特征的具體規(guī)格如下。
放電容器放電容器(10)的材質(zhì)是石英玻璃，全長(zhǎng)60mm。發(fā)光管部分(11)的外徑是10mm，內(nèi)徑5mm，放電空間S的容積約80mm3，密封管(12、13)的長(zhǎng)度為25mm，外徑5mm。
另外，放電容器形成材料的真空脫氣處理有3種條件①不處理(稱為條件G1)；②處理壓強(qiáng)為5×10-5Pa，處理溫度為1150℃，處理時(shí)間為10小時(shí)(稱為條件G2)；③處理壓強(qiáng)為5×10-5Pa，處理溫度為1150℃，處理時(shí)間為40小時(shí)(稱為條件G3)。
電極陰極14和陽(yáng)極15的材質(zhì)都是鎢，陰極14和陽(yáng)極15之間的距離是1.2mm。
另外，陰極14和陽(yáng)極15的熱處理有3種條件。①不處理(稱為條件H1)；②處理壓強(qiáng)為8×10-5Pa，處理溫度為1000℃，處理時(shí)間為30分鐘(稱為條件H2)；③處理壓強(qiáng)為8×10-5Pa，處理溫度為2200℃，處理時(shí)間為30分鐘(稱為條件H3)。
封入物質(zhì)放電容器(10)內(nèi)的封入物質(zhì)其中水銀的量約為20mg(約為0.25mg/mm3)，溴的量為7×10-3μmol/mm3，Ar的封入壓強(qiáng)為13.3KPa，氧氣的量有四種情況分別是Ar量的0％、0.1％、0.5％、1％以及2％。
電流特征該放電燈的燈電壓為66.7～100V，燈電流為2～3A，功率為200W。
在這些放電燈的陰極14和陽(yáng)極15間，提供5mA的直流電流使之輝光放電，用圖2所示的分光測(cè)定裝置，在輝光放電開(kāi)始起經(jīng)過(guò)2秒后測(cè)定發(fā)光強(qiáng)度a～e，求得比值b/a、c/a、d/a和e/a。以上所用的分光測(cè)定裝置的分光儀使用NIKON公司的「G-500III型」儀器，CCD光檢測(cè)器使用Andor Technology公司的電子冷卻型CCD檢測(cè)器「DV-420」。
測(cè)定了放電燈在額定條件下點(diǎn)亮的初始照度以及燈電壓，同時(shí)測(cè)定了點(diǎn)亮1000小時(shí)后的照度以及燈電壓、求得照度維持系數(shù)及燈電壓的增加值。照度維持系數(shù)在80％以上的畫○，未滿80％的畫×，進(jìn)行評(píng)價(jià)。
由圖3所示的氣體分析裝置測(cè)定放電燈的放電容器中的碳化合物的濃度。測(cè)定的對(duì)象碳化合物是CH4、CO以及CO2，用含有100ppm、1000ppm、5000ppm的CH4、CO以及CO2的Ar氣作為標(biāo)準(zhǔn)氣制作測(cè)量線。
以上結(jié)果列于表1及表2。
表1

表2

由表1和表2的結(jié)果可以清楚地看出，本發(fā)明的放電燈即使在點(diǎn)亮1000小時(shí)后仍然具有80％以上的照度維持系數(shù)。而且這些放電燈的放電容器內(nèi)的碳化合物濃度總是在600ppm以下。
與此相比，用于比較的放電燈在點(diǎn)亮1000小時(shí)后的照度維持系數(shù)都在55％以下。
另外，第33號(hào)樣品的放電燈隨著燈電流的增加，燈的負(fù)荷也增大，不能堅(jiān)持到1000小時(shí)。這是因?yàn)樵陉帢O前端的電極物質(zhì)鎢逐漸堆積，縮短了電極間的距離。
發(fā)明的效果根據(jù)以上的說(shuō)明，本發(fā)明提供即使在長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)亮的情況下，仍具有高的照度維持系數(shù)的放電燈。
權(quán)利要求
1.一種放電燈，具有由石英玻璃制成的放電容器以及一對(duì)在該放電容器內(nèi)相對(duì)放置的電極，在該放電容器內(nèi)封入至少0.15mg/mm3以上的水銀、以Ar為主要成分的稀有氣體、2×10-4～7×10-3μmol/mm3的溴，其特征在于，在上述的電極之間提供5mA的直流電流，使之輝光放電的情況下，設(shè)Ar發(fā)出的波長(zhǎng)668nm的發(fā)光強(qiáng)度為a，OH發(fā)出的波長(zhǎng)309nm的發(fā)光強(qiáng)度為b，H發(fā)出的波長(zhǎng)656nm的發(fā)光強(qiáng)度為c，C2發(fā)出的波長(zhǎng)517nm的發(fā)光強(qiáng)度為d，CH發(fā)出的波長(zhǎng)431nm的發(fā)光強(qiáng)度為e時(shí)，滿足下述條件(1)～(4)，條件(1)1.0×10-4≤b/a≤1.2×10-1條件(2)c/a≤1.4×10-1條件(3)d/a≤1.2×10-2條件(4)e/a≤1.4×10-2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放電燈，其特征在于，放電容器內(nèi)的碳化合物濃度為600ppm以下。
全文摘要
本發(fā)明提供即使在長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)亮的情況下，仍具有高的照度維持系數(shù)的放電燈。采用石英玻璃制的放電容器，在該放電容器內(nèi)有一對(duì)相對(duì)放置的電極，在其中封入至少0.15mg/mm
文檔編號(hào)H01J9/38GK1499568SQ0313270
公開(kāi)日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2003年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月1日
發(fā)明者川口真孝, 浦本素子, 團(tuán)雅史, 堀川好廣, 子, 廣 申請(qǐng)人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會(huì)社